一種絲網印刷間距調整系統的設計

鄧 斌，萬喜新，郭 立，佘鵬程

(中國電子科技集團公司第四十八研究所，湖南長沙 410111)

太陽能電池絲網印刷機是利用絲網漏印原理將金屬漿料按一定電極圖形印刷到太陽能電池片上的設備。絲網印刷技術是低成本太陽能電池產業化生產的關鍵技術。目前，大規模晶硅太陽能電池片生產線要求絲網印刷機不斷提高生產能力和印刷質量。以往國產的絲網印刷設備不能在線實時調整絲網印刷間距，只能在停機后通過手動機械調整來實現。這樣，不但降低了絲網印刷間距的調整精度，而且還會影響到晶硅電池的生產，限制了生產能力。因此，迫切需要設計一種在線實時調整絲網印刷間距的系統，提高調整精度，實現絲網印刷間距的快速在線調整，并應用于新一代全自動絲網印刷機。

1 絲網印刷間距調整系統設計原理

在絲網印刷機自動運行過程中，通過限位傳感器限定間距調整范圍，由可編程控制器（以下簡稱PLC）程序控制間距調整電機運轉帶動絲網平行移動，通過浪涌吸收器消除間距調整過程中由于電機起停而造成的浪涌電壓沖擊，以此達到精確調整絲網印刷間距的目的。

2 絲網印刷間距調整系統的構成

絲網印刷間距是指放置太陽能電池片的印刷臺板和絲網之間的距離，它與印刷壓力協調作用，直接影響印刷品質和碎片率，是太陽能電池片電極絲網印刷的重要工藝參數之一。

整個系統的結構如圖1所示，主要由印刷臺板、絲網、印框、印框支架、印刷頭支架、凸輪軸、凸輪、同步帶、帶輪、間距調整電機及感應片、傳感器、百分表等零部件組成。間距調整電機、凸輪軸、百分表和印框支架均安裝于印刷頭支架上，絲網固定在印框上，印框和印刷臺板平行安裝，整個印框支架懸掛在位于印框支架四角的四個同方向凸輪上，上、下限位傳感器分別安裝于印框支架的運動軌跡的上、下兩個端點處。

間距調整電機的輸出軸通過同步帶傳動與兩根凸輪軸相連，再通過凸輪軸帶動凸輪同步旋轉。如圖1所示為絲網印刷間距上限位置，當凸輪順時針方向旋轉時，凸輪轉動中心到印框底面絲網的距離增大，從而帶動絲網下降，減小了絲網印刷間距；當到達絲網印刷間距下限位置后，凸輪逆時針方向旋轉時，凸輪轉動中心到印框底面絲網的距離減小，從而帶動絲網上升，增大了絲網印刷間距。凸輪偏心距離為2.5mm，則絲網印刷間距的調整范圍0～5mm。

絲網印刷間距調整系統電氣構成如圖2所示，包括間距調整電機、固態繼電器、浪涌吸收器、終端繼電器、交流電源等。與固態繼電器接通的直流電源的電壓為24V，與間距調整電機接通的交流電源的電壓為110V。圖3為系統PLC連接示意圖。其中上、下限位傳感器的開關量輸出端與PLC輸入模塊連接，按鈕開關接在PLC工作電源與PLC輸入模塊之間，PLC輸出模塊與固態繼電器的線圈相連，PLC輸出模塊根據輸入到PLC輸入模塊的開關量信號而輸出控制信號來控制固態繼電器的直流工作電源，固態繼電器的觸點接入間距調整電機的工作電源回路上，通過PLC程序控制間距調整電機的運轉來調整絲網印刷間距，在上、下限位置之間具體的間距值由百分表直接讀取。由上、下限位傳感器限定絲網印刷間距的調整范圍。

圖1 絲網印刷間距調整系統結構示意圖

圖2 絲網印刷間距調整系統電氣構成示意圖

浪涌吸收器與固態繼電器并聯相接后串聯接至間距調整電機，用來吸收固態繼電器高頻通斷時產生的浪涌電壓。終端繼電器與PLC輸出模塊相連，其觸點接入間距調整電機的工作電源回路。PLC程序利用間隙剎車信號來控制間距調整電機剎車裝置，消除傳動結構的慣性影響。

圖3 絲網印刷間距調整系統PLC連接示意圖

當絲網印刷間距為下限時，PLC程序控制僅上升按鈕開關能起作用，繼而只可以上調絲網印刷間距；反之，當絲網印刷間距為上限時，PLC程序控制僅下降按鈕開關能起作用，繼而只可以下調絲網印刷間距；當絲網印刷間距處于間距下限和上限之間，則既可上調也可上調絲網印刷間距。

3 系統PLC程序設計

絲網印刷間距調整系統PLC程序圖見圖4。在圖 1，2，3和 4中“間隙”、“間隔”均是指絲網印刷間距。圖4中輸出R2108、R2109、R2110分別控制電氣構成示意圖2中的固態繼電器和終端繼電器的接通。當需要調整絲網印刷間距時，按動相應按鈕開關，產生開關量信號輸入到PLC輸入模塊，PLC以掃描方式讀入信號，經過PLC程序控制由PLC輸出模塊輸出開關量控制接通固態繼電器24V直流電源，則固態繼電器的觸點接通，從而控制接通間距調整電機110V交流電源，再通過間距調整電機帶動凸輪轉動，從而調整絲網印刷間距上升或下降。當感應片觸發上限或下限位傳感器時，上、下限位傳感器輸出限位開關量信號到PLC輸入模塊，PLC程序控制輸出模塊停止輸出，從而限定了絲網間距的調整范圍。

間距上調信號（R1006）和下調信號（R1006）即按鈕開關每輸入一次信號，R2108就在一個程序掃描周期T內有輸出，從而控制間距調整電機在一個程序掃描周期內輸出，輔之以間隙剎車信號來控制間距調整電機附帶的剎車裝置，可實現點動調整電機，從而達到精確調整間距的目的（精度0.01mm）。

間距調整有連續信號輸入時，固態繼電器會以頻率f＝1/2T通斷電路，而負載間距調整電機可視為感性負載，在固態繼電器關斷時會產生浪涌電壓U＝L2·d I/d t，其中L2為間距調整電機正轉時的等效電感，I為流過電機的電流，此時圖2中由電阻和電容組成的浪涌吸收器與L2組成回路，可抑制電壓的突變，對固態繼電器和間距調整電機起到保護作用。

當絲網印刷間距為下限時，則下限傳感器有輸出信號，即圖4中常閉狀態的R1014斷開，同時間距調整剎車信號R2110也不會導通，所以此時觸動間隙下調按鈕開關，即接通R1007，間隙下調線圈R2109也不會有輸出信號，操作不起作用；而上限傳感器無輸出信號，即R1013沒有導通，此時觸動間隙上調按鈕開關，即接通R1006，而R1007和R1013處于常閉狀態，經過延時后間隔調整剎車線圈R2110接通，即開關R2110接通，開關R2108和R2109處于常閉狀態，所以間隔上調線圈R2108有輸出，從而可驅動間距調整電機上調絲網印刷間距。當絲網印刷間距為上限時，以及為下限至上限之間時，程序控制與上述情況相類似，在此不詳述。

圖4 絲網印刷間距調整系統PLC程序圖

4 結 論

絲網印刷間距調整系統成功應用在太陽能電池絲網印刷機中，有益效果是：能夠利用恒定轉速的間距調整電機并通過浪涌吸收和PLC程序設計，抑制電壓的突變，消除浪涌電壓沖擊，實現在線自動精確調整絲網印刷間距，間距在1～5mm范圍內可調，調整精度達0.01mm，進而便于完善印刷工藝，有效提高了生產效率和印刷品質，降低設備成本，利于國產絲網印刷機的推廣應用。

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